O objetivo do presente estudo foi avaliar ossos maxilares e lesões periapicais induzidas em ratas ovariectomizadas submetidas ou não ao tratamento com bisfosfonato (Alendronato - ALD) ou com inibidor da catepsina K (Odanacatib - ODN). Foram utilizadas 45 ratas, divididas em 6 grupos: I sham (cirurgia de ovariectomia fictícia); II sham e lesão periapical (LP); III - ovariectomia (OVX) sem LP; IV OVX e LP; V OVX, LP e ALD; e Grupo VI - OVX, LP e ODN. Um dia após a realização da OVX ou da cirurgia fictícia, os animais dos grupos V e VI começaram a receber ALD ou ODN, via gavagem. Decorridas 9 semanas da realização da OVX, os primeiros molares dos grupos II, IV, V e VI foram submetidos à indução de LP por 3 semanas. Decorrido este período, foi realizada colheita microbiológica dos canais radiculares para a quantificação de micro-organismos e os animais foram submetidos à eutanásia. Fêmures foram analisados por meio de densitômetro, para registro da densidade mineral óssea (BMD). As maxilas foram analisadas por meio de microtomografia computadorizada (micro-CT) para avaliação da microarquitetura e BMD do osso interradicular e as mandíbulas para avaliação do volume das LP. Os primeiros molares inferiores foram submetidos ao processamento histotécnico, sendo os cortes corados com hematoxilina e eosina (HE) e analisados em microscopia convencional. Paralelamente, foi realizada a análise morfométrica da área das lesões periapicais, em microscopia de fluorescência e histoenzimologia para a atividade da TRAP. Os primeiros molares superiores foram submetidos à detecção da expressão gênica de citocinas, marcadores da osteoclastogênese e de metaloproteinases da matriz. Os resultados obtidos foram submetidos à análise estatística apropriada, com nível de significância de 5%. A OVX afetou a BMD do fêmur e da maxila e a microarquitetura apenas do fêmur. O ALD recuperou a BMD dos ossos avaliados. A OVX não foi capaz de influenciar nos níveis de contaminação microbiana do canal radicular. As LP dos animais do grupo IV apresentaram expressão aumentada de RANK, RANKL, IL-1β, IL-6, TNF-α, MMP-8 e 13, enquanto o tratamento com ALD (grupo V) foi capaz de reduzir a expressão de IL-6 e MMP-8, ao mesmo nível que nas LP do grupo II. Além disso, as LP do grupo IV foram maiores (área e volume), em comparação às dos grupos II e V. O ODN, na dose e frequência de administração aplicada, não foi capaz de promover alterações significantes. A OVX e os tratamentos antirreabsortivos não influenciaram no número de osteoclastos ao redor da LP. Assim, concluiu-se que a condição hipoestrogênica induzida pela OVX foi capaz de diminuir a BMD do fêmur e da maxila e alterou a microarquitetura do fêmur. Apenas o ALD foi capaz de recuperar o fenótipo da BMD, ou seja, retorno aos níveis observados nos animais saudáveis. Ainda, a OVX agravou o processo de reabsorção, a inflamação e a expressão de MMPs, provocando lesões periapicais maiores. O ALD e o ODN proporcionaram uma melhora da resposta periapical. Entretanto, apenas o tratamento com ALD recuperou o fenótipo, fazendo com que as lesões periapicais fossem similares às lesões dos animais saudáveis. / The aim of this study was to evaluate maxillary bones and apical periodontitis induced in ovariectomized rats treated or not with bisphosphonate (Alendronate - ALD) or cathepsin K inhibitor (Odanacatib - ODN). Forty-five female rats were divided into 6 groups: I sham surgery; II - sham and apical periodontitis (AP); III - ovariectomy (OVX) without AP; IV - OVX and AP; V - OVX, AP and ALD; and Group VI - OVX, AP and ODN. One day after OVX or sham surgery, the animals in groups V and VI started receiving ALD or ODN, by gavage. After 9 weeks, the first molars of the rats in groups II, IV, V and VI were subjected to induction of AP for 3 weeks. Microbiological root canal sampling was collected for quantification of microorganisms and the animals were euthanized. Bone mineral density (BMD) of the femurs was analyzed by bone densitometry. The maxillas were analyzed by microcomputed tomography (micro-CT) to determine the microarchitecture and BMD of the interradicular bone while the mandibles were analyzed to determined AP volume. The mandibular first molars were subjected to histotechnical processing and hematoxylin and eosin-stained histological sections were examined with conventional microscopy. In addition, a morphometric analysis of AP area was performed using fluorescence microscopy and tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) histoenzymology. The maxillary first molars were used to evaluate the gene expression of cytokines, osteoclastogenesis markers and matrix metalloproteinases (MMP) using RT-PCR. The results were subjected to appropriate statistical analysis with 5% significance level. OVX affected femoral and maxillary BMD and femoral microarchitecture. ALD recovered the BMD of both types of bones. OVX was not able to influence the microbial levels of the root canal. In group IV, AP showed increased expression of RANK, RANKL, IL-1β, IL-6, TNF-α, MMP-8 and MMP-13, while ALD treatment (group V) reduced IL-6 and MMP-8 expression to the same level as the AP in group II. In group IV, AP area and volume were larger than in groups II and V. ODN, in the dosage and frequency of administration applied, was not able to promote significant changes. OVX and antiresorptive treatments did not influence the number of osteoclasts around the AP region. In conclusion, the hypoestrogenic condition induced by OVX was able to decrease the BMD of femur and maxilla and only the microarchitecture of the femur. ALD was able to recover the BMD phenotype, i.e., return to the levels observed in healthy animals. Furthermore, OVX exacerbated resorption, inflammation and MMP expression, inducing larger lesions. Treatment with ALD and ODN resulted in an improvement of the periapical response. However, only ALD recovered the phenotype, with AP similar to that of healthy animals.

A osteonecrose dos maxilares associada ao uso dos Bisfosfonatos é uma exposição óssea que persiste por mais de 8 semanas na cavidade oral em pacientes sob tratamento com bisfosfonatos e que não foram submetidos a radioterapia de cabeça e pescoço. Explicar o motivo do desenvolvimento destas lesões ósseas principalmente nos maxilares e desvendar a sua patofisiologia ainda é necessário. Por isso, o reparo ósseo em um modelo animal de osteonecrose dos maxilares associada ao uso de bisfosfonatos em ratos Wistar (Rattus norvegicus, albinus) foi avaliado através de análise microscópica e molecular. A amostra foi composta por 48 ratos machos, com 12 semanas de vida e peso aproximado de 300 gramas, que foram submetidos a administração de Ácido Zoledrônico, 0,6 mg/kg a cada 28 dias com um total de 5 doses. Os animais foram dividos em quatro grupos, cada um composto por 12 animais; 2 grupos de tratamento AZ e AZ-experimental (AZ-exp) e 2 grupos controles CO e CO-experimental (CO-exp) com administração de cloreto de sódio 0,9% no mesmo volume e frequencia do Ácido Zoledrônico. As soluções foram administradas por via intraperitoneal. O grupo AZ-exp e o CO-exp foram submetidos a exodontias dos molares superiores direitos e a realização de defeito ósseo no fêmur esquerdo 45 dias após a primeira aplicação das soluções. A eutanásia dos animais ocorreu após 150 dias do início do experimento. A avaliação histológica foi realizada através de análises qualitativa e quantitativa, verificou a presença de sequestros ósseos, áreas de osteonecrose e áreas de osso total por meio de estudos de microscopia óptica pela coloração Hematoxilina e Eosina. Análise quantitativa da expressão do RNAm de proteínas envolvidas no processo de reparo ósseo pelo método de reação em cadeia da polimerase em tempo real (RealTimePCR) também foi realizada para avaliação dos osteoclastos (RANK, RANKL e OPG), osteoblastos (ALPL e OCN) osteócitos (DMP-1 e PHEX) e vascularização (VEGF). Apenas o grupo com administração de AZ e realização de exodontias apresentou sequestros ósseos e áreas significativamente maiores de osteonecrose em comparação aos animais com exodontia e sem a administração de AZ. Não foram encontradas áreas de osteonecrose na análise do fêmur. A avaliação do osso total apresentou maior quantidade de osso nos animais submetidos a procedimentos cirúrgicos e administração de AZ, porém não houve significância estatística. Na análise molecular, a administração de AZ e a realização das exodontias e do defeito ósseo, provocou alteração na expressão de marcadores para osteoclastos. A administração do AZ associada à realização dos procedimentos cirúrgicos aumentou a expressão de marcadores iniciais da osteoblastogênese e diminuiu a expressão tardia dos osteoblastos. A expressão de marcadores de osteócitos foi menor após a administração de AZ e exodontias na maxila, no entanto, no fêmur, houve aumento na expressão destes marcadores. A realização das exodontias e de defeitos ósseos no fêmur aumentou a expressão de VEGF nos grupos com e sem administração de AZ. Estes resultados evidenciam a interferência do Ácido Zoledrônico no reparo ósseo dos alvéolos e dos defeitos ósseos nos fêmures, causando incidência de osteonecrose na maxila, atraso na remodelação óssea, e ausência de lesões de osteonecrose no fêmur. A presença de lesões de osteonecrose na maxila pode ser consequência do atraso na remodelação óssea, evidenciado pela alteração na expressão de marcadores para osteclastos e osteoblastos, e as mesmas ocasionam a diminuição da expressão de proteínas pelos osteócitos. / Bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaws is a bone exposure persisting for more than 8 weeks in the oral cavity in patients receiving bisphosphonates and who did not undergo radiation therapy for head and neck. Explain the reason for these development bone lesions mainly in the jaws and unveil its pathophysiology is still needed. Therefore, the bone repair in an animal model of Bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaws in Wistar rats (Rattus norvegicus, Albinus) was evaluated by microscopic and molecular analysis. The sample was composed of 48 male rats, with 12 weeks old and weighing approximately of 300 grams, who underwent the administration of zoledronic acid, 0.6 mg / kg every 28 days with a total of 5 doses. The animals were divided into four groups, each consisting of 12 animals; 2 treatment groups AZ and AZ-experimental (AZ-exp) and 2 control groups CO and CO-experimental (CO-exp) with sodium chloride administration 0.9% in the same volume and frequency of zoledronic acid. All solutions were administered intraperitoneally. The AZ-exp group and the CO-exp group underwent extractions rights upper molars and the bone defect was performed in the left femur 45 days after the first application of the solutions. Euthanasia of animals occurred after 150 days from the beginning of the experiment. Histological evaluation was performed through quantitative and qualitative analysis checked the presence of bone sequestration, osteonecrosis area and whole bone areas by means of optical microscopy by hematoxylin-eosin staining. Quantitative analysis of mRNA expression of proteins involved in bone repair by polymerase chain reaction method in real time (RealTimePCR) was also performed: osteoclasts (RANK, RANKL and OPG), osteoblasts (ALPL and OCN) osteocytes (PMD-1 and PHEX) and vascularization (VEGF). Only the group with administration of AZ and performing tooth extractions presented bone sequestration and significantly larger areas of osteonecrosis when compared to animals with extraction and without AZ administration. There were no areas of osteonecrosis of the femoral analysis. The evaluation of the whole bone showed more bone in animals undergoing surgeries and AZ administration but there was no statistical significance. Molecular analysis, AZ administration and the performance of tooth extractions and bone defect changed the expression of markers for osteoclasts. The AZ administration associated with surgical procedures increased the expression of early markers of osteoblastogenesis and decreased the late expression of osteoblasts. The expression of osteocytes markers was lower after AZ administration and maxillary tooth extractions; however, there was an increase in the expression of these markers in the femur. The performance of tooth extractions and bone defects in the femur increased VEGF expression in animals with and without administration of AZ. These results show the interference of zoledronic acid on bone repair of the sockets and bone defects in the femurs, causing incidence of osteonecrosis of the upper jaw, delayed bone remodeling, and no femoral osteonecrosis injuries. The presence of osteonecrosis injuries in the upper jaw can be the consequence of the delay on bone remodeling, evidenced by the change in the markers expression for osteoclasts and osteoblasts, and they cause the decreased in protein expression by osteocytes.

Os bisfosfonatos são drogas capazes de inibir a reabsorção óssea por meio de seu efeito direto sobre as células ósseas, interferindo na dinâmica dos tecidos mineralizados. O alendronato (ALN), um tipo de bisfosfonato nitrogenado, foi utilizado com o objetivo de investigar os seus efeitos sobre os tecidos dentários e periodontais após luxação lateral de molares com as raízes em desenvolvimento. Ratos Wistar com 21 dias de idade tiveram os segundos molares superiores luxados lateralmente. Doses diárias de 2,5 mg / kg de ALN começaram no dia seguinte à luxação; os controles receberam solução salina estéril. As maxilas foram fixadas, descalcificadas e incluídas em parafina ou em resina Spurr 7, 14 e 21 dias pós-luxação. Os cortes foram corados com H & E, incubados por histoquímica TRAP e imuno marcados para osteopontina (OPN), bem como para análise ultraestrutural. Após 21 dias, o ápice dos molares luxados sem ALN estava aberto e desorganizado, coberto por uma camada irregular de cemento celular. Os molares luxados dos animais tratados com ALN apresentaram alguns locais de anquilose, bem como lacunas de reabsorção na superfície do cemento. Os osteoclastos TRAP positivos foram mais numerosos no grupo ALN, apesar de sua aparência latente e sua localização, afastados das trabéculas ósseas, em relação aos controles, achado que foi confirmado com a análise ultraestrutural. A imunomarcação de OPN revelou uma linha grossa imunopositiva na dentina, que deve ter surgido a partir do momento da luxação, enquanto que as amostras tratadas com ALN não apresentaram alterações na dentina. Os resultados indicam que o alendronato inibe algumas alterações na dentina e na formação do cemento, induzidas pelo trauma dental de luxação. / Bisphosphonates are drugs that inhibit bone resorption through its direct effect on bone cells, interfering with the dynamics of mineralized tissues. Alendronate (ALN), a nitrogenated bisphosphonate, was used in order to investigate their effects on dental and periodontal tissues after lateral dislocation of molars with developing roots. Twenty one days old Wistar rats had their second molars laterally l. Daily doses of 2.5 mg / kg ALN started the day following the dislocation, while controls received saline solution. The maxillae were fixed, decalcified and embedded in paraffin or in Spurr resin after 7, 14 and 21 days post-dislocation. The sections were stained with H & E, incubated for TRAP, immunolabeled for osteopontin (OPN), and ultrastructurally analyzed by transmission electron microscopy. After 21 days, the apex of the luxated molar without ALN was open and disorganized, covered by an irregular layer of cellular cementum. The luxated molar from ALN-treated animals showed some areas of ankylosis and resorption lacunae on the cementum surface. TRAP-positive osteoclasts were more numerous in the ALN group, despite their latent appearance compared to controls, a finding that was ultrastructurally confirmed. OPN immunostaining revealed a thick immunopositive line in dentin, which must be resultant from the moment of dislocation, while the samples treated with ALN showed no changes in dentin. The results indicate that alendronate inhibits some changes in dentin and cementum formation induced by dental trauma of lateral luxation.

O objetivo do presente trabalho foi avaliar a microarquitetura, caracterizando a rede de canais e o sistema lacunocanalicular, e também, as propriedades biomecânicas, do osso cortical de ratos Wistar tratados com Ácido Zoledrônico. Vinte e um ratos machos foram divididos da seguinte forma: 12 animais alocados no grupo de animais submetidos ao experimento no quarto mês de idade e 9 alocados no grupo de animais submetidos ao experimento no nono mês de idade. Dentro destes grupos, os mesmos foram divididos em grupos controle e teste, sendo que no grupo teste os animais receberam três doses, no esquema de 7,5 g/kg, semanalmente. Após o uso da medicação, três animais foram eutanasiados nos respectivos períodos, após a última dose: 14 dias, 42 dias e 75 dias. Todos os animais tiveram suas mandíbulas, tíbias e fêmures dissecados. As tíbias e mandíbulas foram descalcificadas e processadas para inclusão em parafina, enquanto que, os fêmures foram armazenados para os testes biomecânicos. Imagens histológicas digitalizadas, provenientes das mandíbulas e tíbias, foram analisadas utilizando o processo de segmentação interativa, acessando as características da microarquitetura da rede de canais. O processo de reconstrução tridimensional, para caracterização do sistema lacunocanalicular, foi realizado nos cortes seriados proveniente das tíbias. Os fêmures foram analisados com os ensaios de microdureza, compressão e flexão em três pontos. Os resultados revelaram que a microarquitetura da rede de canais não foi alterada nas mandíbulas, no entanto, nas tíbias, houve diferença significante apenas nos animais de 4 meses de idade, nos quesitos área dos canais (p 0.0031), desvio-padrão da área (p 0.0338), perímetro dos canais (p 0.0068), desvio padrão do perímetro (p 0.0297) e porcentagem de matriz (p 0.0235). Os testes biomecânicos revelaram resultados que indicavam uma melhora nas características analisadas, que foi correlacionada apenas com o aumento da idade e não com o uso do ácido zoledrônico. A visualização tridimensional possibilitou analisar a distribuição dos osteócitos e dos canais, caracterizando o sistema lacunocanalicular, e constatou-se que nos animais de 4 meses o uso da droga causou uma descontinuidade na estabilidade da distribuição dos osteócitos. Conclui-se que o ácido zoledrônico não interferiu na microarquitetura da rede de canais do osso cortical das mandíbulas, enquanto que nas tíbias, nos animais jovens, houve uma modificação na microarquitetura e no sistema lacunocanalicular, revelando uma topologia mais heterogênea quando comparadas ao grupo controle. As propriedades biomecânicas não sofreram alterações quanto ao uso da droga, sendo evidenciada melhora nos parâmetros analisados relacionada apenas ao aumento de idade nos animais. / The aim of this study was to evaluate the microstructure, characterizing the bone channels network and the lacunocanalicular system, also, the biomechanical properties of the cortical bone of Wistar rats treated with Zoledronic Acid. Twenty-one male rats were separated as follows: 4-month-old (12 animals) and 9 month-old (9 animals). For each age they were divided in control and test group, and the test group received a 7.5 g/kg dose of the drug, once a week, for 3 weeks. In the 4 month-old test group they were euthanized at 14, 42 and 75 days after the drug injection and in the 9-month-old test group they were sacrificed at 14 and 75 days after medication. All animals had their mandible, tibia and femur dissected, and then, the mandible and tibia were decalcified and embedded in paraffin, and, the femur were stored for mechanical tests. Histological images were analyzed through developed algorithms using the SCILAB mathematical environment, getting percentage of bone matrix, ROI areas, ROI perimeters, their standard deviations and Lacunarity, as well, the images were accessed and processed to tridimensional visualization, to characterize the lacunocanalicular system. The femurs were analyzed by microhardness, three point bending and compression testing. The results revealed that the bone channels network in the mandible was not affected by the drug, whereas the tibia in the 4-month-old animals revealed a statistical difference between control and test groups, with the test group revealing more heterogeneity in the channels topography, as seen in results of bone matrix (p=0.0235), ROI area (p=0.0031), ROI area standard-deviation (p=0.0338), ROI perimeter (p=0.0068) and ROI perimeter standard-deviation (p=0.0297). The biomechanical tests showed an increased in strength, and that this event was age-related and not depending on the use of the drug. The tridimensional visualization allowed to analyze the osteocyte distribution in relation to the channels position, characterizing the lacunocanalicular system, and, it was found that the 4-month-old animals the drug caused a discontinuity in the stability of osteocyte distribution. In conclusion, the zoledronic acid not interfere in the bone channels network in the cortical bone of the mandible, however, in the tibia of the young animals, theres been an alteration in bone channels network and in the lacunocanalicular system, revealing more heterogeneity in the topography in these animals. The biomechanical properties were not altered after the use of the drugs, and the increased in strength being age-related.

Os bisfosfonatos (BFs) têm sido amplamente utilizados para o tratamento de doenças do metabolismo ósseo, principalmente na prevenção de metástases ósseas e na prevenção e tratamento da osteoporose. No entanto, existem efeitos colaterais indesejáveis sendo um deles, a indução da Osteonecrose dos Maxilares (Medication-Related Osteonecrosis of the Jaws - MRONJ), uma complicação de difícil tratamento e solução. Até o presente momento, não foi definida a fisiopatologia da MRONJ e nem estabelecido protocolo de tratamento eficaz para esta doença. Diversas terapias vem sendo descritas na literatura para o tratamento da MRONJ dentre elas a laserfototerapia. Assim sendo, os objetivos deste estudo foram: inicialmente avaliar in vitro o efeito de diferentes concentrações dos BFs mais empregados na atualidade (alendronato e ácido zoledrônico) na viabilidade de células envolvidas na reparação de lesões MRONJ (osteoblastos e fibroblastos); secundariamente estudar o efeito da fototerapia com laser de baixa potência sobre estas células previamente induzidas pelos BFs. Foram utilizados osteoblastos-símile da linhagem OSTEO 1 e fibroblastos de mucosa bucal humana da linhagem FMM1. Após terem sido submetidos aos testes de citotoxicidade expondo as células as concentrações de 1?M, 10?M e 100?M de alendronato sódico e 3?M, 5?M e 10?M de ácido zoledrônico por 24 horas, os grupos testes foram irradiados com laser de diodo no modo contínuo, puntual e de contato (InGaAIP, 660nm, 30mW, spot 0,028cm2 ) com duas densidades de energia diferentes 5J/cm2 (4,5s) e 10J/cm2 (9s). Duas irradiações com intervalo de 6 horas entre cada uma delas foram executadas. A viabilidade celular foi determinada utilizando o ensaio de redução do MTT, e a atividade de fosfatase alcalina dos osteoblastos foi avaliada utilizando ensaio de ponto final. Os resultados obtidos foram submetidos à análise estatística ANOVA 1 critério complementado por Tukey (p<0,05). Foi possível concluir que: as concentrações de 100?M e 10?M do alendronato sódico foram tóxicas para os osteoblastos e fibroblastos em cultura. As concentrações de 3?M, 5?M e 10?M do ácido zoledrônico foram tóxicas para os osteoblastos e fibroblastos a longo prazo (48h e 72h). A atividade da fosfatase alcalina nos osteoblastos foi afetada por todas as concentrações de ácido zoledrônico testadas (3?M, 5?M e 10?M). Nos parâmetros aqui aplicados a LPT não teve efeito sobre a atividade da fosfatase alcalina das células tratadas com o alendronato de sódio ou ácido zoledrônico. E a laserfototerapia de baixa potência nos parâmetros utilizados nesse estudo não foi capaz de reverter a toxicidade dos bisfosfonatos testados, independentemente das concentrações destas substâncias / Bisphosphonates (BPs) have been widely used for treating bone metabolism diseases, especially for prevention of bone metastasis and osteoporosis. However, there are undesirable side effects and one of them, the induction of Osteonecrosis of the Jaw (Medication-Related Osteonecrosis of the Jaws - MRONJ), a complication of difficult treatment and solution. Until now the pathophysiology and an effective treatment protocol for MRONJ have not been established. Various therapies have been described in the literature for the treatment of MRONJ including laserphototherapy. The objectives of this study were to evaluate the effect of different concentrations of two BPs used today (alendronate and zoledronic acid) on the viability of cells involved in the repair of MRONJ lesions (osteoblasts and fibroblasts); and to study the effect of phototherapy with low power laser on these cells previously treated with referred BPs. After being submitted to cytotoxicity testing by exposing the cells to concentrations of 1?M, 10?M and 100?M of sodium alendronate and 3?M, 5?M and 10?M of zoledronic acid for 24 hours, the test groups were irradiated with diode laser in continuous mode, punctual and contact (InGaAIP, 660nm, 30mW, spot 0,028cm2) with two different energy densities 5 J/cm2 (4,5s) and 10J/cm2 (9s). Two irradiations with an interval of 6 hours between each of them were performed. Cell viability was determined using the MTT reduction assay, and the alkaline phosphatase activity of osteoblasts was evaluated using the end point assay. The results were submitted to statistical analysis using ANOVA 1 criteria complemented by Tukey (p <0.05). It was possible to conclude that: concentrations of 100?M and 10?M of alendronate were toxic to osteoblasts and fibroblasts in culture. The concentrations of 3?M, 5?M and 10?M of zoledronic acid was toxic to osteoblasts and fibroblasts in long-term (48h and 72h). The activity of alkaline phosphatase in osteoblasts was affected by all the zoledronic acid concentrations tested (3?M, 5?M and 10?M). In the LPT parameters applied here had no effect on alkaline phosphatase activity of the cells treated with the sodium alendronate or zoledronic acid. And low power laserphototherapy, in the parameters used in this study, was unable to reverse the toxicity of bisphosphonates tested, irrespective of the concentrations of these substances.

A osteonecrose dos ossos maxilares relacionada ao uso prolongado de bisfosfonatos (OMRB), associada a procedimentos cirúrgicos, constitui uma entidade com menos de dez anos de ocorrência na clínica estomatológica. Os bisfosfonatos (BFs) são medicamentos antireabsortivos altamente efetivos no tratamento de diversas doenças ósseas, além de metástases. Embora a maioria dos casos de OMRB tenha sido relatada após o uso de potentes BFs da terceira geração, o alendronato de sódio (ALN), um bisfosfonato de segunda geração, é amplamente utilizado no tratamento e prevenção de doenças ósseas. O presente estudo experimental in vivo visou analisar a possível presença de OMRB no processo alveolar de ratos tratados com ALN após exodontia do segundo molar inferior. Para tanto, utilizou-se 30 ratos Wistar, machos, com 7 semanas de vida, divididos em dois grupos, ALN (tratado com alendronato) e CTL (controle, tratado com solução salina). O ALN foi administrado diariamente por injeção subcutânea na dose de 2,5 mg/kg peso por 14 dias. Nesse momento, foi realizada a exodontia, havendo sido eutanasiados cinco animais de cada grupo, 7, 14 e 21 dias após a exodontia. Após a eutanásia, a região da mandíbula foi fixada em 2,5% formaldeído e 2% glutaraldeído, em tampão cacodilato 0,1M - pH 7,4 e descalcificada em EDTA a 4,13% por 30 dias. Os espécimes foram analisados em cortes corados em HE, e foi realizada histomorfometria para análise da reabsorção da crista alveolar mesial e distal, além do tecido ósseo neoformado no interior do alvéolo, que também foi analisado através de imuno-histoquímica para as proteínas não colágenas OPN e BSP e para evidenciação de vasos sanguíneos neoformados com o anticorpo anti-CD105. Os osteoclastos foram evidenciados através de histoquímica para fosfatase ácida resistente ao tartarato (TRAP). Além disso, as células e eventos da reparação foram examinados por microscopia eletrônica de transmissão. Os resultados mostraram que os animais tratados com ALN exibiram OMRB de grau zero em todos os períodos estudados, além da presença de osteoclastos latentes TRAP-positivos e histomorfometria, onde a não reabsorção das cristas alveolares ocasionaram a permanência do osso alveolar, em contato com bactérias. Observou-se ainda, um claro atraso na formação óssea, quando comparado ao controle, além da diminuição dos vasos sanguíneos nos estágios iniciais. A localização e o padrão de marcação para as proteínas OPN e BSP foram considerados normais, observados evidente marcação em áreas ósseas imaturas e em linhas cimentantes. Assim, concluiu-se que o ALN administrado neste protocolo provocou OMRB leve, provavelmente causada pela diminuição da angiogênese, presença de osso alveolar não remodelado expostos a colônias bacterianas, além da diminuição da atividade osteoblástica. / The bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw (BRONJ) associated with surgery procedures, is an entity with less than 10 years of occurrence in dental practice. The bisphosphonates (BFs) are anti-resorbing drugs highly effective in the treatment of several bone diseases, including metastasis. Although the majority of cases of BRONJ had been reported with the potent third generation of BFs, sodium alendronate (ALN), a second generation bisphosphonate, is widely used for treatment or prevent bone diseases as osteoporosis. The present experimental study aimed to analyze the possible presence of BRONJ in the alveolar process of rats treated with ALN following extraction of the mandibular second molar. For this, we used thirty 7-week-old male Wistar rats, divided into two groups, ALN (treated with alendronate) and CTL (control, treated with saline solution). The administration of ALN received daily subcutaneous injection at a dose of 2.5 mg/kg for 14 days. At that moment, the extraction was performed. After 7, 14 e 21 days of surgery, five animals of each group were euthanized and the mandibular region fixed in 2.5% formaldehyde + 2% glutaraldehyde in cacodylate buffer 0.1M - pH 7.4 and decalcified in 4.13% EDTA for 30 days. The specimens were morphologically analyzed in HE stained sections, and, histomorphometry was used to analyze the resorption of mesial and distal alveolar crests, as well as the bone formed into the alveolus. Immunohistochemistry for the noncollagenous proteins OPN and BSP and for CD105 to revel neoformed blood vessels was also performed. The osteoclasts were revealed through tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) histochemistry. Moreover, the cells and events of alveolar healing were examined by transmission electron microscopy. The results showed light degree of BRONJ in the ALN treated animals at all the studied periods, and the presence of latent osteoclasts near the non-resorbing crest alveolar. Bacteria were observed in contact with the non-resorbed alveolar bone. An evident delay in bone formation when compared to control group was also observed, as well as the decrease of blood vessels in early stages. The distribution of immature bone and in cement lines of OPN and BSP was considered normal. Thus, we concluded that the present protocol of ALN yielded light BRONJ areas, probably by reduced angiogenesis, lock of remodeling of alveolar, presence of bacterial colonies and evident decreased osteoblastic ativitity.

A osteonecrose dos ossos maxilares relacionada ao uso prolongado de bisfosfonatos (OMRB), associada a procedimentos cirúrgicos, constitui uma entidade com menos de dez anos de ocorrência na clínica estomatológica. Os bisfosfonatos (BFs) são medicamentos antireabsortivos altamente efetivos no tratamento de diversas doenças ósseas, além de metástases. Embora a maioria dos casos de OMRB tenha sido relatada após o uso de potentes BFs da terceira geração, o alendronato de sódio (ALN), um bisfosfonato de segunda geração, é amplamente utilizado no tratamento e prevenção de doenças ósseas. O presente estudo experimental in vivo visou analisar a possível presença de OMRB no processo alveolar de ratos tratados com ALN após exodontia do segundo molar inferior. Para tanto, utilizou-se 30 ratos Wistar, machos, com 7 semanas de vida, divididos em dois grupos, ALN (tratado com alendronato) e CTL (controle, tratado com solução salina). O ALN foi administrado diariamente por injeção subcutânea na dose de 2,5 mg/kg peso por 14 dias. Nesse momento, foi realizada a exodontia, havendo sido eutanasiados cinco animais de cada grupo, 7, 14 e 21 dias após a exodontia. Após a eutanásia, a região da mandíbula foi fixada em 2,5% formaldeído e 2% glutaraldeído, em tampão cacodilato 0,1M - pH 7,4 e descalcificada em EDTA a 4,13% por 30 dias. Os espécimes foram analisados em cortes corados em HE, e foi realizada histomorfometria para análise da reabsorção da crista alveolar mesial e distal, além do tecido ósseo neoformado no interior do alvéolo, que também foi analisado através de imuno-histoquímica para as proteínas não colágenas OPN e BSP e para evidenciação de vasos sanguíneos neoformados com o anticorpo anti-CD105. Os osteoclastos foram evidenciados através de histoquímica para fosfatase ácida resistente ao tartarato (TRAP). Além disso, as células e eventos da reparação foram examinados por microscopia eletrônica de transmissão. Os resultados mostraram que os animais tratados com ALN exibiram OMRB de grau zero em todos os períodos estudados, além da presença de osteoclastos latentes TRAP-positivos e histomorfometria, onde a não reabsorção das cristas alveolares ocasionaram a permanência do osso alveolar, em contato com bactérias. Observou-se ainda, um claro atraso na formação óssea, quando comparado ao controle, além da diminuição dos vasos sanguíneos nos estágios iniciais. A localização e o padrão de marcação para as proteínas OPN e BSP foram considerados normais, observados evidente marcação em áreas ósseas imaturas e em linhas cimentantes. Assim, concluiu-se que o ALN administrado neste protocolo provocou OMRB leve, provavelmente causada pela diminuição da angiogênese, presença de osso alveolar não remodelado expostos a colônias bacterianas, além da diminuição da atividade osteoblástica. / The bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw (BRONJ) associated with surgery procedures, is an entity with less than 10 years of occurrence in dental practice. The bisphosphonates (BFs) are anti-resorbing drugs highly effective in the treatment of several bone diseases, including metastasis. Although the majority of cases of BRONJ had been reported with the potent third generation of BFs, sodium alendronate (ALN), a second generation bisphosphonate, is widely used for treatment or prevent bone diseases as osteoporosis. The present experimental study aimed to analyze the possible presence of BRONJ in the alveolar process of rats treated with ALN following extraction of the mandibular second molar. For this, we used thirty 7-week-old male Wistar rats, divided into two groups, ALN (treated with alendronate) and CTL (control, treated with saline solution). The administration of ALN received daily subcutaneous injection at a dose of 2.5 mg/kg for 14 days. At that moment, the extraction was performed. After 7, 14 e 21 days of surgery, five animals of each group were euthanized and the mandibular region fixed in 2.5% formaldehyde + 2% glutaraldehyde in cacodylate buffer 0.1M - pH 7.4 and decalcified in 4.13% EDTA for 30 days. The specimens were morphologically analyzed in HE stained sections, and, histomorphometry was used to analyze the resorption of mesial and distal alveolar crests, as well as the bone formed into the alveolus. Immunohistochemistry for the noncollagenous proteins OPN and BSP and for CD105 to revel neoformed blood vessels was also performed. The osteoclasts were revealed through tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) histochemistry. Moreover, the cells and events of alveolar healing were examined by transmission electron microscopy. The results showed light degree of BRONJ in the ALN treated animals at all the studied periods, and the presence of latent osteoclasts near the non-resorbing crest alveolar. Bacteria were observed in contact with the non-resorbed alveolar bone. An evident delay in bone formation when compared to control group was also observed, as well as the decrease of blood vessels in early stages. The distribution of immature bone and in cement lines of OPN and BSP was considered normal. Thus, we concluded that the present protocol of ALN yielded light BRONJ areas, probably by reduced angiogenesis, lock of remodeling of alveolar, presence of bacterial colonies and evident decreased osteoblastic ativitity.

O objetivo do presente trabalho foi avaliar a microarquitetura, caracterizando a rede de canais e o sistema lacunocanalicular, e também, as propriedades biomecânicas, do osso cortical de ratos Wistar tratados com Ácido Zoledrônico. Vinte e um ratos machos foram divididos da seguinte forma: 12 animais alocados no grupo de animais submetidos ao experimento no quarto mês de idade e 9 alocados no grupo de animais submetidos ao experimento no nono mês de idade. Dentro destes grupos, os mesmos foram divididos em grupos controle e teste, sendo que no grupo teste os animais receberam três doses, no esquema de 7,5 g/kg, semanalmente. Após o uso da medicação, três animais foram eutanasiados nos respectivos períodos, após a última dose: 14 dias, 42 dias e 75 dias. Todos os animais tiveram suas mandíbulas, tíbias e fêmures dissecados. As tíbias e mandíbulas foram descalcificadas e processadas para inclusão em parafina, enquanto que, os fêmures foram armazenados para os testes biomecânicos. Imagens histológicas digitalizadas, provenientes das mandíbulas e tíbias, foram analisadas utilizando o processo de segmentação interativa, acessando as características da microarquitetura da rede de canais. O processo de reconstrução tridimensional, para caracterização do sistema lacunocanalicular, foi realizado nos cortes seriados proveniente das tíbias. Os fêmures foram analisados com os ensaios de microdureza, compressão e flexão em três pontos. Os resultados revelaram que a microarquitetura da rede de canais não foi alterada nas mandíbulas, no entanto, nas tíbias, houve diferença significante apenas nos animais de 4 meses de idade, nos quesitos área dos canais (p 0.0031), desvio-padrão da área (p 0.0338), perímetro dos canais (p 0.0068), desvio padrão do perímetro (p 0.0297) e porcentagem de matriz (p 0.0235). Os testes biomecânicos revelaram resultados que indicavam uma melhora nas características analisadas, que foi correlacionada apenas com o aumento da idade e não com o uso do ácido zoledrônico. A visualização tridimensional possibilitou analisar a distribuição dos osteócitos e dos canais, caracterizando o sistema lacunocanalicular, e constatou-se que nos animais de 4 meses o uso da droga causou uma descontinuidade na estabilidade da distribuição dos osteócitos. Conclui-se que o ácido zoledrônico não interferiu na microarquitetura da rede de canais do osso cortical das mandíbulas, enquanto que nas tíbias, nos animais jovens, houve uma modificação na microarquitetura e no sistema lacunocanalicular, revelando uma topologia mais heterogênea quando comparadas ao grupo controle. As propriedades biomecânicas não sofreram alterações quanto ao uso da droga, sendo evidenciada melhora nos parâmetros analisados relacionada apenas ao aumento de idade nos animais. / The aim of this study was to evaluate the microstructure, characterizing the bone channels network and the lacunocanalicular system, also, the biomechanical properties of the cortical bone of Wistar rats treated with Zoledronic Acid. Twenty-one male rats were separated as follows: 4-month-old (12 animals) and 9 month-old (9 animals). For each age they were divided in control and test group, and the test group received a 7.5 g/kg dose of the drug, once a week, for 3 weeks. In the 4 month-old test group they were euthanized at 14, 42 and 75 days after the drug injection and in the 9-month-old test group they were sacrificed at 14 and 75 days after medication. All animals had their mandible, tibia and femur dissected, and then, the mandible and tibia were decalcified and embedded in paraffin, and, the femur were stored for mechanical tests. Histological images were analyzed through developed algorithms using the SCILAB mathematical environment, getting percentage of bone matrix, ROI areas, ROI perimeters, their standard deviations and Lacunarity, as well, the images were accessed and processed to tridimensional visualization, to characterize the lacunocanalicular system. The femurs were analyzed by microhardness, three point bending and compression testing. The results revealed that the bone channels network in the mandible was not affected by the drug, whereas the tibia in the 4-month-old animals revealed a statistical difference between control and test groups, with the test group revealing more heterogeneity in the channels topography, as seen in results of bone matrix (p=0.0235), ROI area (p=0.0031), ROI area standard-deviation (p=0.0338), ROI perimeter (p=0.0068) and ROI perimeter standard-deviation (p=0.0297). The biomechanical tests showed an increased in strength, and that this event was age-related and not depending on the use of the drug. The tridimensional visualization allowed to analyze the osteocyte distribution in relation to the channels position, characterizing the lacunocanalicular system, and, it was found that the 4-month-old animals the drug caused a discontinuity in the stability of osteocyte distribution. In conclusion, the zoledronic acid not interfere in the bone channels network in the cortical bone of the mandible, however, in the tibia of the young animals, theres been an alteration in bone channels network and in the lacunocanalicular system, revealing more heterogeneity in the topography in these animals. The biomechanical properties were not altered after the use of the drugs, and the increased in strength being age-related.

<p>With the studies performed in this theses the local drug delivery technique FibMat developed by the biotech company AddBIO, was shown to be applicable to other plasma proteins and drugs than the fibrinogen-bisphosphonate combination that is today being commercialized. Hence the potential for a broader field of application was demonstrated. The application targeted today is as a surface modification giving improved strength to bone around screws used in bone implants. The effect of changing protein and manufacturing conditions was studied with null ellipsometry. It was demonstrated that with changes in incubation temperature, pH and salinity the fibrinogen could be successfully exchanged for the plasma proteins human serum albumin and immunoglobulin G. With liquid scintillation counting it was shown that the developed protein multilayers were able to absorb and release the bone strengthening drug alendronic acid in levels comparable to that of the fibrinogen based ditto. Disk susceptibility tests with the bacteria S. Aureus showed a potential for antibacterial functionalization with gentamicin. The release was, in the case of the fibrinogen multilayer, detectable up to 48 hours. Similar test revealed an inability of silver nanoparticle incorporated protein multilayers to achieve inhibitory levels.</p>

The objective of this thesis is to design nanoparticle (NP)-based drug delivery systems suitable for treatment of bone diseases. Two types of nanocarriers, (1) polymer coated bovine serum albumin (BSA) NPs and (2) lipid based NPs (micelles and liposomes) were investigated. The BSA NPs were prepared by a coacervation method and stabilized with a polymer coating approach. For bone-specific delivery of bone morphogenetic protein-2 (BMP-2), a copolymer polyethyleneimine-graft-poly(ethylene glycol) conjugated with 2-(3-mercaptopropylsulfanyl)-ethyl-1,1-bisphosphonic acid (PEI-PEG-thiolBP) was synthesized and used for coating the BSA NPs. The particle size and ζ-potential of the NPs could be effectively modulated by the processing parameters. All the NPs showed no or low cytotoxicity (except for a high concentration of PEI), and the NP encapsulated BMP-2 displayed full retention of its bioactivity. By encapsulating 125I-labeled BMP-2, the polymer-coated NPs were assessed for hydroxyapatite (HA) affinity; all NP-encapsulated BMP-2 showed significant affinity to HA as compared with free BMP-2 in vitro, and the PEI-PEG-thiolBP coated NPs improved the in vivo retention of BMP-2 compared with uncoated NPs. However, the biodistribution of NPs after intravenous injection in a rat model indicated no beneficial effects of thiolBP-coated NPs for bone targeting. Alternatively, micelles and liposomes were prepared with a conjugate of distearoylphosphoethanolamine-polyethyleneglycol with thiolBP (DSPE-PEG-thiolBP) to create mineral-binding nanocarriers. The thiolBP-decorated liposomes also displayed a stronger binding affinity to HA and a collagen/HA (Col/HA) scaffold and gave increased retention in the scaffold in a subcutaneous implant model in rats. Taking advantage of the high HA affinity of the BP-liposomes, a sustainable release system was developed by sequestering the liposomal drugs in the Col/HA scaffolds. Three different model drugs, carboxyfluorescein, doxorubicin and lysozyme, were used to evaluate the drug release profiles from the liposome-loaded scaffolds, and all showed a slowing effect of the BP on the release of the liposome-encapsulated drugs from the Col/HA scaffolds. This liposome-scaffold combination will provide a platform for the application of various therapeutic agents for bone regeneration. In conclusion, the BP-modified NPs showed strong mineral-binding affinity. Although the systemic bone targeting was limited by physiological barriers, these NPs are promising in local delivery and controlled release of bioactive molecules for treatment of bone diseases. / Chemical Engineering